數(shù)字切片在植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用分析

摘要 為提高植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量與效果，本文對該課程的教學(xué)模式進(jìn)行分析。探討了數(shù)字切片技術(shù)在植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，并分析其應(yīng)用優(yōu)勢，包括提高學(xué)習(xí)效率，多維度認(rèn)識病原，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，改進(jìn)評價(jià)體系，以及促進(jìn)共享交流。同時(shí)，對數(shù)字化切片在植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用進(jìn)行分析。實(shí)踐表明，基于數(shù)字切片的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，為實(shí)驗(yàn)課考核提供了新的模式，提高了教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 數(shù)字切片；植物病理學(xué)；顯微鏡；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號 G642.0；S43" " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A" " 文章編號 1007-7731（2024）16-0120-04

DOI號 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2024.16.028

Applied analysis of digital slices in experimental teaching of Plant Pathology

SHI Ruizhu" " LI Yongqiang" " GAO Tantan" " REN Zhengguang" " YAN Zhe

（College of Biology， Resources and Environment， Beijing University of Agricultural， Beijing 102206， China）

Abstract In order to improve the quality and effectiveness of Plant Pathology experimental teaching， the teaching models of the course were analyzed， the application of digital slicing technology in Plant Pathology experimental teaching were explored， and" its advantages were analyzed， including improving learning efficiency， multi-dimensional understanding of pathogens， stimulating learning interest， improving the evaluation system， and promoting sharing and communication. At the same time， the use of digital slicing in experimental teaching of Plant Pathology was analyzed. Practiced had shown that the experimental teaching model based on digital slicing had improved students learning interest and initiative， provided a new model for experimental assessment， and improved teaching quality.

Keywords number slicing; Plant Pathology; microscope; experimental teaching

數(shù)字切片是玻璃切片通過技術(shù)手段轉(zhuǎn)化后生成的虛擬切片，具有全視野、高精度和易保存等特征。常玲玲等[1]研究認(rèn)為，數(shù)字切片能完整保存玻璃切片的全部信息，后期觀察切片時(shí)只需利用專業(yè)軟件進(jìn)行瀏覽和分析即可，無需配套顯微鏡。當(dāng)前，數(shù)字切片已被廣泛運(yùn)用到醫(yī)學(xué)多個(gè)細(xì)分領(lǐng)域，如病理學(xué)、組織學(xué)、胚胎學(xué)以及顯微形態(tài)學(xué)等實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中。植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)是一門強(qiáng)應(yīng)用、重實(shí)踐的顯微形態(tài)學(xué)課程，學(xué)生通過大量觀察植物病理切片，學(xué)習(xí)相關(guān)技能及知識。該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)借助顯微鏡觀察玻璃切片標(biāo)本，能夠直觀地觀察植物病害的病原結(jié)構(gòu)以及寄主的病理變化等形態(tài)特征，從而加深學(xué)生對理論知識的理解。因此，植物病理切片是植物保護(hù)學(xué)專業(yè)多門實(shí)驗(yàn)課的重要載體之一，是實(shí)踐教學(xué)的重要教具和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)材料。

將數(shù)字切片應(yīng)用于植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的相關(guān)研究較少，楊廣玲等[2]將數(shù)字化虛擬切片應(yīng)用于植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，其提高了植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果。本文分析在“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下數(shù)字切片在植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，探討其對學(xué)生自主學(xué)習(xí)、教學(xué)效果和顯微形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)考核模式等的影響，以及分析其在實(shí)際教學(xué)中值得注意和改進(jìn)的地方，以更好地發(fā)揮這一新型教學(xué)模式的作用。

1 植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式分析

一是玻璃切片管理方面。歐陽萍等[3]研究認(rèn)為，玻璃切片易損壞、易褪色，需要定期更新，制作費(fèi)時(shí)費(fèi)力。部分標(biāo)本收集困難（如檢疫性病害），其玻璃切片可能只有1～2片，只能進(jìn)行示范教學(xué)，學(xué)生獨(dú)立觀察的條件有限。

二是教學(xué)條件方面。常規(guī)教學(xué)場景中，學(xué)生要借助顯微鏡等在實(shí)驗(yàn)室開展實(shí)驗(yàn)，這一定程度上受到實(shí)驗(yàn)室空閑時(shí)間和學(xué)生主動(dòng)性等因素的影響，課后復(fù)習(xí)閱片可能具有一定難度。李春妹等[4]研究認(rèn)為，在常規(guī)植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)場景中，學(xué)生僅能在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)長內(nèi)觀察實(shí)驗(yàn)材料，課后復(fù)習(xí)、反復(fù)觀察等的條件有限。

三是教學(xué)效果方面。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中，由于時(shí)間限制，學(xué)生對于每種病原可能只能觀察少數(shù)幾張玻片，對該病理結(jié)構(gòu)的全貌或不同病理階段的認(rèn)識程度有待進(jìn)一步提高，部分學(xué)生可能僅觀察實(shí)驗(yàn)報(bào)告繪圖所對應(yīng)的切片部位。常規(guī)教學(xué)模式下，每張玻片均貼有對應(yīng)的病害名稱標(biāo)簽，學(xué)生通過查找資料等方式將玻片中的信息與相關(guān)資料信息對應(yīng)，并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。在此過程中，學(xué)生可能更多的是關(guān)注當(dāng)前玻片所具有的特征，而對其他病害或病原信息的重視程度有待進(jìn)一步提升，造成知識碎片化[1，3]，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果有進(jìn)一步提升的空間。

四是學(xué)生學(xué)習(xí)興趣方面。學(xué)生在初期接觸植物病害病理結(jié)構(gòu)時(shí)，對寄主組織和病原組織的分辨能力有待進(jìn)一步提升；對于一些病理結(jié)構(gòu)不明顯、不典型的玻片，部分學(xué)生可能需要在教師的協(xié)助下找到目標(biāo)，影響其對植物病理學(xué)的學(xué)習(xí)興趣。

五是考核評價(jià)方面。于杰等[5]研究認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)考核是促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改革的重要手段之一，是檢驗(yàn)教學(xué)組織效果和提高教學(xué)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)之一。常規(guī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，對學(xué)生的考核模式由兩個(gè)部分構(gòu)成，即平時(shí)成績+期末上機(jī)考試成績。平時(shí)成績即實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績，由學(xué)生每次上交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量決定；期末考試為上機(jī)盲考玻片（掩蓋住玻片標(biāo)簽），學(xué)生在鏡下找到目標(biāo)視野后寫下玻片中病原的分類地位及結(jié)構(gòu)特征，由教師鏡下確認(rèn)結(jié)果。期末上機(jī)考試時(shí)，學(xué)生分批上機(jī)，可能會存在漏題情況，考核效果有待進(jìn)一步提升。

2 數(shù)字切片庫的建立及應(yīng)用

數(shù)字切片可以通過兩種方式獲得，一是在顯微鏡上裝配高分辨率的相機(jī)進(jìn)行拍攝，尹偉等[6]將高倍放大的玻璃切片進(jìn)行“Z”字形拍攝，并用相關(guān)軟件將局部圖像進(jìn)行拼接，由此生成一張數(shù)字切片。二是利用搭載線性掃描技術(shù)的全自動(dòng)數(shù)字切片掃描系統(tǒng)，其傳感器在物體上移動(dòng)掃描的同時(shí)將圖像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，且搭配自動(dòng)聚焦等智能化功能，節(jié)約了掃描時(shí)間，適用于大規(guī)模的數(shù)字切片掃描工作。

選用Motic EasyScan全自動(dòng)數(shù)字切片掃描系統(tǒng)，用其對標(biāo)準(zhǔn)厚度玻片、染色處理等較簡單的玻片進(jìn)行數(shù)字化掃描；用搭載了攝像單元的Motic電動(dòng)顯微鏡對非標(biāo)準(zhǔn)載玻片、切片標(biāo)本較厚等復(fù)雜玻片進(jìn)行數(shù)字化掃描，并利用配套軟件進(jìn)行拼圖。生成的數(shù)碼切片在配套軟件的支持下，可以實(shí)現(xiàn)0.1～40.0倍無極變倍閱片。數(shù)碼切片生成后，對其進(jìn)行編號、命名，形成數(shù)碼切片總庫，再根據(jù)教學(xué)大綱中各相關(guān)實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容進(jìn)行分類、整理，形成各實(shí)驗(yàn)課程的子庫。實(shí)驗(yàn)課上，學(xué)生查閱當(dāng)次實(shí)驗(yàn)所對應(yīng)子庫即可閱覽，無須在總庫中尋找。此外，組建了Motic顯微數(shù)碼互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室，配備了40臺（套）電腦和生物顯微鏡，為數(shù)字切片在實(shí)驗(yàn)課上的應(yīng)用提供了便利條件，學(xué)生可以在課外通過個(gè)人電腦遠(yuǎn)程訪問數(shù)字切片庫。

3 在植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)勢分析

3.1 提高學(xué)習(xí)效率

引入數(shù)字切片后，不必特意展示切片名稱，只需給出一定范圍，學(xué)生即可根據(jù)需要掌握實(shí)驗(yàn)課所觀察切片的相關(guān)病理特征，在觀察、分析、鑒別和判斷的基礎(chǔ)上，確定每張數(shù)字切片對應(yīng)的病理結(jié)構(gòu)，并完成課程作業(yè)。這增加了學(xué)生思考的過程，拓展了學(xué)習(xí)的深度和廣度，強(qiáng)化了各知識點(diǎn)的連接。

3.2 多維度認(rèn)識病原

引入數(shù)字切片后，由于不再受時(shí)空及病原材料等的限制，對于同一種病理結(jié)構(gòu)，學(xué)生可以觀察多張數(shù)字切片，從多維度觀察該病理特征，從而掌握病理結(jié)構(gòu)的全貌（圖1）。

3.3 激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

“互聯(lián)網(wǎng)+數(shù)字切片”的教學(xué)模式不僅能增加學(xué)生閱片時(shí)間和數(shù)量，還可以根據(jù)玻片的質(zhì)量，在進(jìn)行數(shù)字切片分類管理時(shí)，按難易度分類，讓學(xué)生由易到難進(jìn)行觀察，逐漸掌握切片標(biāo)本的觀察技巧及鑒別生理組織和病理組織的技巧，從而激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，提升實(shí)驗(yàn)操作技能（圖2）。

3.4 改進(jìn)評價(jià)體系

引入數(shù)字切片后，教師可以選取統(tǒng)一的數(shù)字切片作為考試材料，保證了試題的一致性，再配合Motic顯微互動(dòng)教學(xué)軟件的作業(yè)提交功能上傳考試結(jié)果，使考核方式更科學(xué)高效，保密性更強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)對教學(xué)質(zhì)量評價(jià)體系的進(jìn)一步優(yōu)化。

3.5 促進(jìn)共享交流

數(shù)字切片具有共享性，通過網(wǎng)絡(luò)即可實(shí)現(xiàn)共享，因此，從其他單位借閱數(shù)字切片較為方便，避免了郵寄過程中玻片的損壞以及借閱時(shí)間的限制，方便教學(xué)交流，豐富了實(shí)驗(yàn)材料。

4 數(shù)字化切片在教學(xué)使用中的思考

4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)芰τ写M(jìn)一步增強(qiáng)

一方面，顯微鏡操作是植物保護(hù)專業(yè)所需的基本技能之一，涉及焦平面調(diào)節(jié)、光路調(diào)節(jié)和視野調(diào)節(jié)等環(huán)節(jié)的配合。歐陽萍等[3]研究認(rèn)為，學(xué)生在閱覽數(shù)字切片時(shí)，具備視野調(diào)節(jié)功能，而無法模擬針對顯微鏡的其他操作，這可能會在一定程度上影響學(xué)生學(xué)習(xí)操作顯微鏡的能力。另一方面，制作切片標(biāo)本是植物保護(hù)專業(yè)學(xué)生所需的基本技能之一。在實(shí)驗(yàn)課堂上，由于時(shí)長限制，一般不會要求學(xué)生制作耗時(shí)很長的永久切片，而是準(zhǔn)備新鮮病害標(biāo)本，由學(xué)生獨(dú)立制作臨時(shí)切片并在顯微鏡下觀察，訓(xùn)練其切片能力，這也是植物病理學(xué)研究中較為常見和簡便的一種實(shí)驗(yàn)操作。

4.2 配套軟件有待進(jìn)一步改進(jìn)

數(shù)字切片的軟件類型較為多樣，其中，專業(yè)軟件如Case viewer[7]等需下載軟件并安裝到電腦上，才能用于數(shù)字切片閱覽；也有購買專業(yè)軟件安裝在服務(wù)器上，學(xué)生端通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器即可瀏覽數(shù)字切片，如Motic Virtual Microscope[8]。宋陽等[9]研究認(rèn)為，由于專業(yè)軟件費(fèi)用較高，在考慮預(yù)算的情況下，可以與網(wǎng)盤、在線交流群和雨課堂等線上工具搭配使用，但其使用體驗(yàn)可能會受到一定影響。

翟小潤等[7]研究認(rèn)為，專業(yè)軟件更多的是針對電腦端使用，手機(jī)界面使用體驗(yàn)有待進(jìn)一步優(yōu)化，因此開發(fā)針對移動(dòng)端的配套軟件，更能滿足學(xué)生利用碎片化時(shí)間閱片的需求。王燕舞等[10]研究認(rèn)為，目前數(shù)字切片軟件的功能較簡單，具有如放大、縮小和標(biāo)注等功能，而互動(dòng)性功能有待進(jìn)一步補(bǔ)充，以滿足師生互動(dòng)、學(xué)生討論等需求。

4.3 共享課程有待進(jìn)一步開發(fā)

當(dāng)前，數(shù)字切片僅針對校內(nèi)學(xué)生使用，駱樂等[11]研究認(rèn)為，需要進(jìn)一步探索建設(shè)慕課、線上示范課程等公共課程，擴(kuò)大授課對象范圍，為學(xué)生提供更多優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，也為教師之間相互交流提供便利條件。

5 結(jié)語

教育數(shù)字化是教育的發(fā)展趨勢之一，是人才培養(yǎng)的重要路徑之一[12]。本文對數(shù)字切片在植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行探討，利用切片掃描儀、有拍照功能的顯微鏡將照片拼接后形成數(shù)字化病理切片，配合相關(guān)軟件可以在實(shí)驗(yàn)課堂上使用，同時(shí)課堂外學(xué)生也能遠(yuǎn)程訪問數(shù)字切片庫，充分發(fā)揮數(shù)字切片不受時(shí)空限制的優(yōu)勢，為植物病理實(shí)驗(yàn)教學(xué)注入活力，豐富了植物病理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法，鞏固了理論教學(xué)成果，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量等。在教學(xué)實(shí)踐中，需要注意虛實(shí)結(jié)合，不斷更新、改進(jìn)配套軟件等，使數(shù)字切片在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)揮越來越重要的作用。

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（責(zé)任編輯：楊 歡）